[發明專利]海域天然氣水合物筒式開采裝置及其方法

有效

• 申請號: 202011506719.4
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112282707B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 吳學震;李大勇;蔣宇靜
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: E21B43/01
• 分類號: E21B43/01;E21B33/12;E21B43/24
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 吳志龍;蔡學俊

本發明提供一種海域天然氣水合物筒式開采裝置及其方法，包括開采筒、水泵、防砂裝置和氣液舉升系統等。本發明通過特別設計的開采筒及其配套裝置，實現了將開采筒下沉到海底表面以下、開采海底表面以下深處的天然氣水合物和回收開采筒。解決了傳統深海鉆井開采方法中鉆井和完井成本高，素混凝土井筒在地層壓力作用下易損壞坍塌和出沙等一系列問題，并克服了傳統蓋頂降壓法只能開采海底表面水合物，以及開采效率低的局限。本發明可極大降低海底表面以下深處的天然氣水合物的開采成本，對于海域天然氣水合物商業化開采具有重要意義。

技術領域

本發明涉及一種海域天然氣水合物筒式開采裝置及其方法。

背景技術

天然氣水合物由于儲量巨大，被認為是具有很大潛力替代石油、煤和天然氣等傳統能源。天然氣水合物的開采原理包括：降壓、熱激、化學試劑驅替和固態流化，及上述單一方法的聯合應用。目前普遍認為，降壓法及基于降壓法的改良方案可能是實現海域天然氣水合物產業化試采的最佳途徑，而其他方法則主要作為降壓法的輔助增產措施或產氣穩定措施使用。

在天然氣水合物開采的具體實施方面，現有的開采方法可以分為鉆井法和表面開采法。鉆井法開采是指通過海面鉆井船在深海的海底鉆井，進而通過降低井筒內壓力實現降壓法開采或者固態流化開采，這種方法可以實現海底下側10m-500m埋深的天然氣水合物開采。表面開采法是指直接下放開采機械或裝置到海底表面，直接收集天然氣水合物塊體或者通過保護罩局部降壓轉換成天然氣后收集氣體，主要用于開采海底表面數米以內的天然氣水合物。

基于鉆井技術的相關開采方法包括：（1）鉆井降壓開采法：“葉建良等，中國南海天然氣水合物第二次試采主要進展，中國地質，2020”，“CN107676058B-一種海洋天然氣水合物砂漿置換開采方法及開采裝置”，“CN109763794B-海洋水合物多分支水平井降壓加熱聯采方法”和“CN101672177B-一種海底天然氣水合物開采方法”等。（2）鉆井固態流化開采法：“周守為等，全球首次海洋天然氣水合物固態流化試采工程參數優化設計，天然氣工業，2017”，“CN106939780B-一種海底淺層非成巖天然氣水合物固態流化開采裝置及方法”和“CN110700801B-一種天然氣水合物固態流化開采自動射流破碎工具等”。

目前，在世界范圍內，成功實施海域天然氣水合物試采的案例，包括日本兩次鉆井降壓法開采、中國兩次鉆井降壓法和一次鉆井固態流化法，都是采用鉆井開采技術。然而，由于井筒周圍天然氣水合物分解會導致儲層強度大幅度下降，在巨大的地應力作用下地層大量出沙，會導致井筒失穩，很難實現長期穩定開采。國內外進行的多次海域天然氣水合物鉆井開采法試開采均出現該問題。另外，基于鉆井技術的開采方法，采出的天然氣的價值遠遠無法覆蓋鉆井成本，所以目前未能實現商業化開采。

基于表面開采理論的相關技術包括：（1）蓋頂降壓法：“黎偉等，天然氣水合物蓋頂降壓裝置開采機理研究，應用力學學報，2020”，“CN105781497A-一種海底天然氣水合物采集裝置”，“CN111648749A-一種海底淺表層天然氣水合物移動立管式開采系統及開采方法”等，這些方法通過設置在海底的類似錐形蓋頂的裝置來收集天然氣水合物或者其分解產物。（2）機械收集法：“CN103628880B-深海海底淺層非成巖地層天然氣水合物的綠色開采系統”，“CN104265300B-一種海底表層天然氣水合物開采方法及開采裝置”和“CN104948143B-一種海底表層天然氣水合物的開采方法及其開采裝置”等，這些方法通過設置在海底的采礦機械收集天然氣水合物塊體。

基于表面開采理論的相關技術仍處于理論探索階段，由于直接賦存于海底表面的天然氣水合物占比極少，且賦存分散，因此預期生產效率較低，應用范圍有限。

發明內容

本發明用于海底非表層天然氣水合物開采，針對現有鉆井降壓法開采技術存在的問題進行改進，根據海域天然氣水合物通常賦存于黏土質粉砂或淤泥質沉積物中的特點，提出一種不需鉆井即可進入海底深處進行降壓開采的低成本、高效率降壓開采裝置和開采方法。